Prinsip Kerja & Pemakaian Motor Listrik Satu Fasa Pada Peralatan Rumah Tangga

3.1. Tujuan Pembelajaran Umum

Setelah selesai mempelajari topik ini mahasiswa dapat memahami dan menjelaskan :

1. Jenis-jenis motor listrik satu fasa yang digunakan pada peralatan rumah tangga.

2. Bagian-bagian dan fungsi dari motor-motor listrik (motor split fasa, motor kapasitor, motor

kutub bayangan dan motor universal).

3. Prinsip kerja dan karakteristik motor listrik satu fasa.

3.2. Tujuan Pembelajaran Khusus

Setelah mengikuti perkuliahan ini mahasiswa memiliki pemahaman tentang:

Prinsip kerja dan karakteristik motor split fasa dan motor kapasitor

Prinsip kerja dan karakteristik motor shaded pole atau kutub bayangan

Prinsip kerja dan karakteristik motor universal

3.3. Prinsip Kerja Motor Listrik Satu Fasa

Motor listrik satu fasa hanya memiliki satu fasa belitan, sehingga tidak dapat menghasilkan

medan putar sendiri. Namun demikian, jika diberikan medan yang menghasilkan gaya putar

terhadap medan rotor, maka motor dapat berputar secara kontinyu. Gaya putar pada motor listrik

satu fasa dapat dihasilkan melalui tiga cara yaitu:

Memberikan kumparan bantu (auxiliary winding) yang berbeda fasa dengan kumparan

utama.

Memberikan kutub bayangan (kutub semu).

Memberikan input dengan fasa yang berlawanan.

Berdasarkan tiga metode diatas maka motor listrik satu fasa yang umum digunakan dapat berupa

motor split fasa, motor kapasitor, motor kutub bayangan dan motor universal (motor dc dengan

suplay AC).

3.4. Motor dengan kumparan bantu

Motor jenis ini merupakan motor satu fasa yang menggunakan kumparan bantu untuk

menghasilkan gaya putar. Jenis motor ini disebut juga motor fase belah, mempunyai kumparan

utama dan kumparan bantu. Kumparan bantu digunakan untuk menghasilkan medan yang

berbeda fasa dengan medan yang dihasilkan pada kumparan utama. Kumparan bantu ini dapat

berupa belitan induktor dengan resistor dan induktor dengan kapasitor.

Motor split fasa (split phase winding)

Motor jenis ini bekerja berdasarkan perbedaan fasa antara kumparan bantu berupa induktor

dengan resistor dengan kumparan utama. Jika kumparan bantu ini ditempatkan secara paralel

dengan belitan utama maka nilai R/XL1 dari belitan bantu dapat diatur sedemikian rupa sehingga

dihasilkan perbedaan fasa dibawah 900. Dengan menaikkan nilai R maka dihasilkan

perbandingan R/XL1 yang lebih tinggi sehingga perbedaan fasa lebih mendekati 900 dan torka

starting yang dihasilkan lebih besar. Motor jenis ini memiliki torka starting yang rendah.

Karakteristik dan rangkaian ekuivalen motor jenis ini diperlihatkan pada gambar 3.1. Pada

kumparan bantu juga dipasang saklar sentrifugal untuk memutuskan arus listrik pada kumparan

bantu bila putaran motor mencapai 75% dari putaran nominal.

Gambar 3.1 Karakteristik Motor Split Fasa

Motor Kapasitor

Pada motor kapasitor, kapasitornya dihubungkan seri dengan kumparan bantu. Motor ini

mempunyai kopel start lebih tinggi, sehingga banyak digunakan pada mesin cuci, pompa air dan

peralatan rumah tangga lain. Motor jenis ini terdiri atas dua tipe:

- Motor kapasitor start

Motor jenis ini menggunakan belitan bantu berupa induktor seri dengan kapasitor sehingga

diperoleh pergeseran fasa yang mendekati 900. Sehingga diperoleh torka starting yang lebih

besar dibandingkan dengan motor split fasa. Ketika motor sudah beroperasi mendekati 75 – 80

% dari kecepatan rating maka saklar sentrifugal akan beroperasi memutus belitan bantu,

sehingga karakteristik torka - kecepatannya mendekati karakteristik jenis motor split fasa.

Rangkaian ekuivalen dan karakteristik torka dari motor jenis ini diperlihatkan pada gambar 3.2.

Gambar 3.2. Karakteristik motor kapasitor start

- Motor kapasitor start dan running

Motor jenis ini digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan torka tinggi. Untuk menghasilkan

torka starting dan running yang tinggi maka digunakan dua buah kapasitor dengan nilai yang

berbeda. Kapasitor C1 digunakan untuk menghasilkan torka starting memiliki kapasitansi yang

lebih rendah dari kapasitor C2 yang digunakan pada saat running. Saklar pemutus digunakan

untuk memindahkan belitan dari C1 k C2 ketika kecepatan rating telah tercapai. Dengan cara

ini maka kebutuhan torka tinggi pada saat starting dan running dapat dipertahankan.

Perbandingan rangkaian ekuivalen kapasitor start dan kapasitor running diperlihatkan pada

gambar 3.3.

Gambar 3.3. Motor kapasitor start dan running.

3.4.1. Konstruksi motor

Susunan bagian-bagian pokok motor fasa belah terdiri dari :

Stator

Rotor

Tutup sebagai penyangga

Stator

Stator adalah bagian motor yang diam, dibagian dalamnya terdapat alur-alur untuk menempatkan

gulungan-gulungan utama dan gulungan bantu. Diameter kawat gulungan utama pada umumnya

lebih besar dari diameter kawat gulungan bantu.

Rotor

Rotor yang digunakan adalah tipe gulungan sangkar tupai yang pada salah satu ujungnya

dilengkapi dengan kipas fungsinya sebagai pendingin pada waktu motor bekerja. Rotor juga

dilengkapi dengan alat mekanis yang dapat mendorong saklar sentrifugal.

Tutup sebagai penyangga rotor.

Pada kedua tutup terdapat bantalan (bearing) penyangga poros rotor . Salah satu tutup pada

bagian dalam dilengkapi dengan saklar sentrifugal, pada tempat inilah sambungan-sambungan

dari gulungan motor dikeluarkan untuk selanjutnya dihubungkan pada terminal motor.

Gambar 3.4. Bagian-bagian motor fasa belah

3.4.2 Ganggungan kerusakan motor fasa belah

Motor cepat panas, ini disebabkan karena beban motor terlalu berat atau saklar

sentrifugal tidak bekerja.

Motor tidak mampu berputar, hal ini disebabkan oleh hubungan kumparan bantu terlepas

atau kapasitornya bocor.

Gulungan statornya terbakar, hal ini mungkin disebabkan tegangan kurang.

3.5. Motor Universal.

Motor ini banyak sekali dipakai pada peralatan rumah tangga, misalnya mixer, motor mesin jahit,

bor listrik, gerinda, polisher dan lain-lain. Motor ini merupakan motor DC seri yang diberi suplai

AC sehingga memiliki karakteristik kecepatan tinggi (diatas 3200 rpm). Motor jenis ini didesain

dengan stator berupa lempengan besi yang dilaminasi, medan magnetis statis dan armatur.

Belitan armatur dan belitan medan dirangkai secara seri melalui dua sikat arang, sehingga

dihasilkan arah arus medan dan arus armatur yang sama meskipun motor disuplai dengan arus

AC. Torka yang dihasilkan dari motor jenis ini berupa pulsa yang dihasilkan setiap setengah

siklus ketika arus berubah arah melewati komutator. Kecepatan tanpa beban yang dihasilkan

motor jenis ini sangat tinggi (2000 – 20.000 rpm) namun akan turun menjadi 50 – 80 % ketika

berbeban, disebabkan oleh rugi – rugi gesekan dan belitan. Penggunaan roda gigi juga dapat

diterapkan untuk memperoleh kecepatan sesuai kebutuhan aplikasi. Rangkaian ekuivalen dan

karakteristik motor universal diperlihatkan pada gambar berikut.

Gambar 3.5. Rangkaian dan karakteristik motor universal

3.5.1 Konstruksi Motor Universal

Stator

Stator adalah tempat kumparan medan magnit diletakkan, pada umumnya motor universal

mempunyai dua kutub

Rotor

Rotor disebut juga jangkar (armature) yaitu bagian yang berputar. Rotor terdiri dari dua bagian

yaitu jangkar dan komutator. Jangkar adalah tempat belitan kawat email dan ujung-ujung

belitanya ditempatkan pada komutator yang sesuai dengan langkah belitan jangkar.

Pada salah satu ujung poros rotor (shaft) dibuat roda gigi memanjang untuk tempat

memindahkan beban atau meneruskan putaran motor ke alat lain.

Bagian-bagian lengkap motor universal dapat dilihat pada gambar 3.6. di bawah ini.

Gambar 3.6. Motor Universal

3.5.2. Gangguan dan kerusakan

Kerusakan yang sering terjadi pada motor universal adalah :

Sikat arang mengeluarkan bunga api, hal ini disebabkan karena kedudukan sikat tidak

tepat, perpendekan sikat dan komutatornya kotor.

Gulungan magnit terbakar, hal ini disebabkan karena tegangan yang tidak sesuai.

Lamel komutator aus, sikat arang terlalu keras.

3.6. Motor Kutub Bayangan (Shaded Pole)

Motor shaded pole banyak digunakan pada alat-alat listrik yang memerlukan putaran dengan

torsi yang ringan, seperti kipas angin, pompa air akuarium, motor kaset player dan lain-lain.

Motor ini memiliki desain stator yang berupa lempengan besi yang dilaminasi, dengan salah satu

ujung kutub stator dibagi dan dipasangi dengan cincin tembaga (cooper rings). Cincin ini

dinamakan shading coil yang berfungsi menciptakan kutub bayangan. Ketika stator diberi

tegangan AC, maka fluks magnetik terbentuk pada semua kutub stator, namun pada bagian

cincin tembaga fluks ini akan berpotongan dan menghasilkan arus induksi pada cincin tembaga.

Arus induksi pada cincin tembaga ini akan menghasilkan fluks yang berlawanan dengan fluks

utama dan berfungsi sebagai kutub bayangan (belitan bayangan) sehingga dihasilkan medan

putar. Motor ini menghasilkan torka awal yang sangat rendah sehingga dapat digunakan untuk

memutar beban yang kecil (40 – 50 % torka beban penuh). Karena hanya memiliki satu belitan

dan kutub bayangan maka arah putaran motor hanya satu arah dan tidak dapat dibalik. Motor

jenis ini juga tidak membutuhkan saklar sentrifugal, sehingga tidak memerlukan perawatan.

Prinsip kerja dan karakteristik motor shaded pole diperlihatkan pada gambar berikut.

Gambar 3.7. Motor shaded pole

3.6.1. Konstruksi Motor Kutub Bayangan

Konstruksi motor shaded pole sangat sederhana yaitu terdiri dari stator, rotor dan penyangga.

Bagian lengkap dari motor shaded pole seperti terlihat pada gambar 3.3 di bawah ini.

Gambar 3.8. Bagian motor shaded pole

Stator

Bagian stator merupakan kutub-kutub yang bagian permukaannya ditempatkan cincin yang

terbuat dari tembaga. Karena cincin inilah yang menyebabkan terjadinya kutub bayangan.

Rotor

Rotor adalah bagian yang berputar dan tipenya adalah rotor sangkar.

Penyangga

Penyangga poros rotor ini sangat sederhana yang dibuat dari besi plat yang dibentuk sedemikian

rupa sehingga dapat memegang bagian rotor yang berputar.

3.6.2. Kerusakan pada motor shaded pole

Kerusakan yang sering terjadi adalah kumparan penguat medan, sering terbakar yang disebabkan

putaran rotor terganggu atau macet. Untuk memperbaikinya dapat digulung ulang.